نيمه پنهان زهره؛‌ چرا كندترين سياره منظومه شمسي سمت همواره پشت به خورشيد ندارد؟

هنگامي كه دو جسم در فضا به اندازه‌ي كافي به هم نزديك باشند، گرانش آن‌ها به‌عنوان يك ترمز يا مانع عمل كرده و حركت آن‌ها را تا زمان منطبق شدن مدار يكي با چرخش ديگري، كند مي‌كند.

اين قفل كِشَندي يا گرانشي، به اين معني است كه يك طرف از جرم كوچك‌تر بايستي به‌طور دائم رو به جرم بزرگتر واقع شود و با همان سوگيري، صرفاً به چرخش در مدار پيرامون جرم بزرگ‌تر ادامه دهد. آشناترين مثال براي چنين اتفاقي نوع سوگيري كره‌ي ماه به زمين است. درواقع برپايه‌ همين علت فيزيكي است كه ما همواره فقط يك طرف ماه را از زمين مي‌بينيم.

اين مقاله درمورد نگاه دقيق‌تر به همين پديده‌ي قفل‌شدگي درمورد جفت همسايه‌ي زمين، يعني سياره زهره است. زهره در نزديكي آستانه‌ي قفل‌شدگي كشندي قرار داد؛ اين سياره به حدي به آستانه‌ي كشندي يادشده نزديك است كه تقريباً مي‌توانست دقيقاً به‌همان شكلي كه ماه به‌دور زمين «قفل شده»، پيرامون خورشيد و روي يك نيمكره‌ي ثابت قفل شود.

اين تفاوت كوچك اما بسيار قابل توجه و مهم است. تنها عاملي كه مانع از قفل شدن كامل زهره مي‌شود، جو غليظ و طوفاني سياره است. اتمسفر زهره بسيار متلاطم و خروشان است و تنها در طي چهار روز زميني يك دور گردش پيرامون سياره را تكميل مي‌كند؛ چنين سرعت دوراني براي اتمسفر زهره تقريباً معادل با ۶۰ برابر سرعت دوراني خود زهره است.

به گفته‌ي استفان كين، اخترفيزيكدان از دانشگاه كاليفرنيا ريورسايد، وجود چنين تفاوت‌هاي ريز و در عين حال كليدي نشان مي‌دهد كه نه‌تنها هنگام مطالعه‌ي زهره، بلكه در مطالعه ساير سياراتي كه به دور ستارگاني در دوردست‌هاي كهكشان گردش مي‌كنند نيز بايد توجه بيشتري به اتمسفر سياره و عملكرد درواني آن داشته باشيم. وي در ادامه توضيح مي‌دهد:

ما اتمسفر را به‌عنوان لايه‌اي نازك و تقريباً مجزا در بالاي سياره‌ تصور مي‌كنيم كه كمترين تعامل را با سياره‌ي جامد دارد.

اتمسفر قدرتمند و متلاطم زهره به‌خوبي نشان مي‌دهد كه اوضاع گاهي پيچيده‌تر از يك ساده‌سازي مقدماتي مي‌شود. اتمسفر يك سياره گاهي به‌منزله‌ي بخش بسيار يكپارچه‌تري از آن سياره برشمرده مي‌شود و بر همه چيز تأثير مي‌گذارد. اتمسفر به حدي مهم است كه حتي سرعت چرخش دوراني سياره را نيز تحت تأثير قرار مي‌دهد.

تصور مي‌شود كه همين اتمسفر سركش و كاملاً متفاوت زهره (در قياس با زمين) يكي از همان ويژگي‌هاي كليدي باشد كه منجر به تبديل شدن زمين و زهره به جهان‌هاي بسيار متفاوت از بسياري جهات شده است.

تفاوت‌هاي پرشمار زمين و زهره بيشتر شبيه يك معماي جذاب براي دانشمندان است. دانشمندان سياره‌شناس همواره در پي حل اين معما بوده‌اند. پي بردن به ماهيت تفاوت بين يك جهان سرسبز و قابل سكونت (زمين) و يك مانديشه متخصصينه‌ي جهنمي سمي و اسيدي (زهره) و علل نهفته در پس آن بسيار كليدي است.

اتمسفر فوق‌العاده سريع زهره (اين سرعت و تلاطم به‌دليل پديده‌اي موسوم به ابرچرخش يا سوپرروتيشن است) منجر به شكل‌گيري بادهايي با سرعت بيش از ۴۰۰ كيلومتر بر ساعت در اين سياره مي‌شود.

پديده‌ي ابرچرخشي كه از آن ياد كرديم، به‌تعبيري باعث كشيده شدن اتمسفر زهره روي سطح سياره مي‌شود. اما نتيجه‌ي اين به‌اصطلاح كشيده شدن اتمسفر روي سياره چيست؟ دانشمندان از كنار هم گذاشتن مستندات و دلايل علمي چنين برآورد مي‌كنند كه كند شدن چرخش دوراني سياره و همچنين مقابله با چنگال گرانشي خورشيد و جلوگيري از قفل شدن كشندي از نتايج رخ دادن ابرچرخش در اتمسفر زهره است. همان‌طوركه اشاره كرديم زهره در قياس با زمين و مريخ، شبانه‌روزهاي بسيار طولاني‌تري دارد. اما برخلاف ماه، نيمه‌ي پنهان دائمي نيز ندارد و هرچند بسيار كندتر از زمين، ولي به هرترتيب، حركت درواني خود را طي زمان تكميل مي‌كند.

چرخش آهسته و معكوس بدين معني است كه از طلوع تا غروب خورشيد در زهره، معادل حدود ۱۱۷ روز زميني طول مي‌كشد. جو غليظ و سمي سياره بخش زيادي از گرماي خورشيد را به دام مي‌اندازد و تنها ۳ درصد از نور خورشيدي وارد‌شده، درنهايت مي‌تواند به سطح جامد سياره برسد و باقي تماماً توسط اتمسفر سياره جذب مي‌شود.

درنتيجه‌ي همين ساختار اتمسفري منحصربه‌فرد است كه زهره در ميان تمام اجرام موجود در منظومه‌ي خورشيدي، گرمترين سطح را دارد؛ البته طبيعتاً غير از خود خورشيد! دماي متوسط سطح زهره تقريباً ۴۸۲ درجه‌ي سانتي‌گراد است. به‌گفته‌ي كين:

اين پديده فوق‌العاده عجيب است، تجربه‌اي كاملاً متفاوت با بودن روي زمين؛ ايستادن روي سطح زهره مانند ايستادن در اعماق يك اقيانوس بسيار جديد است. نمي‌توانيد روي آن نفس بكشيد.

ازآنجاكه جو زهره انرژي خورشيدي را به دام مي اندازد، اين سياره فقط گرما را محبوس مي‌كند: يك اثر گلخانه اي مهارنشدني و بسيار شديد. ما نمي‌دانيم كه قفل شدن كشندي چه نقشي در كمك به اين اثر گلخانه‌اي مهارنشدني مي‌تواند داشته باشد؛ اما مطالعه‌ي زهره ممكن است سرنخ‌هايي پيش روي دانشمندان بگذارد.

بيشتر سيارات فراخورشيدي شناسايي‌شده در نقاط مختلف كهكشان، به ستاره‌هاي ميزبان خود بسيار نزديك هستند. ابزارهاي به‌كاررفته براي جستجوي آن‌ سياره‌ها، در يافتن جهان‌هاي نزديك بسيار بهتر و مؤثرتر عمل مي‌كنند. از سويي پديده‌ي قفل‌شدگي كشندي كه در اين مقاله از آن صحبت شده، مختص زهره نيست و با كنار هم گذاشتن واقعيات مطرح‌شده مي‌توان گفت شايد بسياري ديگر از سياره‌هاي فراخورشيدي در بيرون منظومه‌ي خودمان هم از همين نوع باشند.

يكي از مواردي كه ستاره‌شناسان در مسير جست‌وجوي سيارات فراخورشيدي قابل سكونت به‌دنبال آن هستند، يافتن اجرامي تقريباً هم‌اندازه‌ي زمين است؛ اما بعيد به انديشه متخصصين مي‌رسد كه صرف داشتن اندازه‌اي مشابه زمين براي روياهاي دورودراز بشر در يافتن سياره‌هاي قابل سكونت با اتمسفر مناسب كافي باشد.

زهره كم‌و‌بيش هم‌اندازه‌ي زمين است؛ اما پرواضح است كه هيچ موجود زميني نمي‌تواند روي اين سياره و اتمسفر جهنمي آن دوام بياورد. از همين روي، شايد استفاده از زمين به‌تنهايي به‌عنوان مدلي براي سيارات فراخورشيدي ايدئال، حتي سياراتي با قفل‌شدگي كشندي همچون زهره، نتايج دقيقي به همراه نداشته باشد. كين معتقد است:

زهره فرصتي است تا بتوانيم اين مدل‌ها را به‌خوبي اصلاح كنيم؛ در اين حالت قادر خواهيم بود محيط سطح سيارات اطراف ستاره‌هاي ديگر را هم به درستي درك كنيم.ما در‌حال‌حاضر عملكرد خوبي از حيث لحاظ كردن اثرات اتمسفر و اثرات كشندي نداريم و بيشتر اوقات از مدل‌هاي زميني براي تفسير ويژگي‌هاي سيارات فراخورشيدي استفاده مي‌كنيم. زهره همانند دوستي در فاصله‌ي نزديك و همسايگي سياره‌ي خودمان است كه با دست‌هايش مي‌خواهد توجه ما را به‌خود جلب كند و بگويد به اينجا نگاه كنيد [من يك مثال نقض خوب هستم].

كين در نهايت تصريح مي‌كند كه سياره‌ي زهره ابزاري بسيار ارزشمند در منظومه‌ي خورشيدي خودمان است كه بايد به آن بيشتر توجه و تلاش كنيم تا از آن براي درك آب‌وهواي جهان‌هاي بيگانه استفاده كنيم.

اين تحقيق در Nature Astronomy منتشر شده است.